高考物理总复习 65带电粒子在匀强电场中的运动课件 新人教版.ppt

第5单元带电粒子在匀强电场中的运动 一 带电粒子在电场中的加速 例1 如图所示 一平行板电容器板长l 4cm 板间距离为d 3cm 倾斜放置 使板面与水平方向夹角 37 若两板间所加电压u 100v 一带电量q 3 10 10c的负电荷以v0 0 5m s的速度自a板左边缘水平进入电场 在电场中沿水平方向运动 并恰好从b板右边缘水平飞出 则带电粒子从电场中飞出时的速度为多少 带电粒子质量为多少 答案 8 10 8kg 1 32m s 例2 2013 浙江 电子能量分析器 主要由处于真空中的电子偏转器和探测板组成 偏转器是由两个相互绝缘 半径分别为ra和rb的同心金属半球面a和b构成 a b为电势值不等的等势面 其过球心的截面如图所示 一束电荷量为e 质量为m的电子以不同的动能从偏转器左端m的正中间小孔垂直入射 进入偏转电场区域 最后到达偏转器右端的探测板n 其中有一定动能的电子沿等势面c做匀速圆周运动到达n板的正中间 忽略电场的边缘效应 1 判断球面a b的电势高低 并说明理由 2 若半球面a b和等势面c的电势分别为 a b和 c 则到达n板左 右边缘处的电子 经过偏转电场前 后的动能改变量 ek左和 ek右分别为多少 解析 1 电子做匀速圆周运动 电场力提供向心力 受力的方向与电场的方向相反 所以b板的电势较高 2 到达n板左 右边缘处的电子 在运动的过程中 电场力对它们做功 电子动能的改变量等于电场力做功 即 ek左 eubc e b c ek右 euac e a c 答案 1 b板的电势较高 2 ek左 e b c ek右 e a c 名师点拨 电场对带电粒子的加速作用只与加速电压有关 与电场是否为匀强电场无关 一般用功能关系求解 所以 式仍适用 但不能写成 式 二 带电粒子在电场中的偏转 限于匀强电场 1 运动状态分析带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时 受到恒定的与初速度方向成90 角的电场力作用做匀变速曲线运动 2 分析处理方法类似平抛运动的处理方法 应用运动的合成和分解的知识求解 例3 如图所示 静止的电子在加速电压为u1的电场作用下从o经p板的小孔射出 又垂直进入平行金属板间的电场 在偏转电压为u2的电场作用下偏转一段距离 现使u1加倍 要想使电子在偏转电场的偏移量不发生变化 调整板间距离时电子仍能穿出偏转电场 应该 a 仅使u2加倍b 仅使u2变为原来的4倍c 仅使偏转电场板间距离变为原来的0 5倍d 仅使偏转电场板间距离变为原来的2倍 答案 ac 例1 如下图所示为一真空示波管 电子从灯丝k发出 初速度不计 经灯丝与a板间的加速电压u1加速 从a板中心孔沿中心线ko射出 然后进入两块平行金属板m n形成的偏转电场中 偏转电场可视为匀强电场 电子进入m n间电场时的速度与电场方向垂直 电子经过电场后打在荧光屏上的p点 已知加速电压为u1 m n两板间的电压为u2 两板间的距离为d 板长为l1 板右端到荧光屏的距离为l2 电子的质量为m 电荷量为e 求 1 电子穿过a板时的速度大小 2 电子从偏转电场射出时的侧移量 3 p点到o点的距离 解析 1 设电子经电压u1加速后的速度为v0 根据动能定理 得 2 电子以速度v0进入偏转电场后 设偏转电场的电场强度为e 电子在偏转电场运动的时间为t1 电子的加速度为a 离开偏转电场时相对于原运动方向的侧移量为y1 二 处理曲线运动的一般思路和方法曲线运动的一般处理思路 化曲为直 即把曲线运动化为两个方向上的直线运动 分别在两个方向上找物体的受力和初速度 例2 如图所示 一质量为m 带电量为q的粒子 以初速度v0 从a点竖直向上射入真空中的沿水平方向的匀强电场中 粒子通过电场中b点时的速率为2v0 方向与电场的方向一致 则a b两点的电势差大小为 解析 沿水平方向x和竖直方向y分析可知 x方向 fx qe v0 x 0 故做匀加速运动 y方向 fy mg v0y v0 a g 做匀减速运动 一 几何最高点和等效最高点所谓的几何最高点 即图形的最高点 在圆周运动中 在重力场中 几何的最高点与重力场的最高点是一致的 小球在轻质细线的牵拉下在竖直平面内做圆周运动 运动过程中只有重力做功 机械能守恒 在最高和最低点根据合力提供向心力可知 在最高点速度最小 细线的拉力最小 在最低点速度最大 细线的拉力最大 如果不仅有重力场 同时还有电场 在这种叠加场下 拉力和速度如何分析 例1 如图所示 用绝缘体细线拴一带负电小球 在竖直平面内做圆周运动 匀强电场方向竖直向下 则 a 当小球运动到最高点a时 线的张力一定最小b 当小球运动到最低点b时 小球的速度一定最大c 当小球运动到最高点a时 小球的电势能最小d 小球在运动过程中机械能不守恒 若mg qe 同理可证明tb ta 由b到a的过程中 电场力做正功 电势能减小 故到a点小球的电势能最小 c项正确 小球在整个运动过程中 除重力做功外 电场力也做功 故机械能不守恒 d项正确 方法二对a b两选项 可以利用等效最高点与等效最低点解决 若mg qe a点为叠加场的等效最高点 b点为等效最低点 类比重力场可知 va vb ta tb 若mg qe a点为叠加场的等效最低点 b点为等效最高点 故va vb ta tb 触类旁通 半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内 环上套有一质量为m 带正电的珠子 空间存在水平向右的匀强电场 如右图所示 珠子所受静电力是其重力的3 4倍 将珠子从环上最低位置a点静止释放 要使珠子恰好能绕圆环做完整的圆周运动 则应在a点给珠子以多大的初速度 二 极值的求解 例2 两平行金属板a b水平放置 一个质量为m 5 10 6kg的带电粒子 以v0 2m s的水平速度从两板正中位置射入电场 如图所示 a b两板间距离为d 4cm 板长l 10cm g 10m s2 1 当a b间的电压为uab 1000v时 粒子恰好不偏转 沿图中虚